Nuovi imidazo-pirazoli ad attività antitumorale: studi di docking molecolare su ligandi della Tubulina

Abstract

Il presente lavoro di tesi è stato svolto presso la U.O. Proteomica e Spettrometria di Massa dell’IRCCS Policlinico San Martino e presso il Dipartimento di Farmacia dell’Università di Genova. Il progetto di tesi è stato inizialmente focalizzato sulla sintesi, avvenuta presso il laboratorio del Dipartimento di Farmacia dell’Università di Genova, di diversi composti imidazo-pirazolici. Membri di questa classe di composti avevano dimostrato, in precedenza, attività antiproliferativa dovuta alla loro interazione con la tubulina, una proteina strutturale bersaglio di diversi farmaci antineoplastici quali la colchicina, il tassolo e la vinblastina. Questa classe di molecole, inoltre, è conosciuta per la sua capacità di inibire la fosfodiesterasi 4. L’obiettivo del mio lavoro è stato quello di evidenziare, attraverso simulazioni di docking molecolare, le possibili interazioni fra le molecole sintetizzate e la tubulina e di valutarne l’energia di legame. In questo modo sarà possibile, in futuro, disporre di informazioni chimico-strutturali utili alla progettazione di nuovi farmaci più selettivi e con elevata affinità per questa proteina. Tra i composti testati due molecole, chiamate 1g e 1i, presentavano una buona attività sia antiproliferativa che come inibitori di fosfodiesterasi, per cui si è deciso di approfondire il loro studio. A partire da questi due composti sono state sintetizzate nuove molecole, oggetto di studio del presente lavoro di tesi, cui è stata valutata l’affinità per i microtubuli, o, più precisamente, verso la tubulina. Questa affinità è stata successivamente confrontata con quella di un noto antimitotico, la vinblastina. L’approccio metodologico seguito ha comportato la selezione delle coordinate atomiche tridimensionali della tubulina in complesso con la colchicina e la vinblastina, nel Protein Data Bank. Ho utilizzato queste coordinate come target per tutte le simulazioni condotte in questo lavoro di tesi. Il software utilizzato è stato Autodock 4.

This research has been carried out at the U.O. Proteomics and Mass Spectrometry of the IRCCS Policlinico San Martino and the Department of Pharmacy of the University of Genova. My thesis work was focused on the synthesis of various imidazo-pyrazole compounds, performed in the laboratory of the Department of Pharmacy of the University of Genova. Some compounds have previously demonstrated antiproliferative activity due to their interaction with tubulin, a structural protein target of several antineoplastic drugs such as colchicine, taxol, and vinblastine. Besides, this class of molecule is known for its ability to inhibit phosphodiesterase 4. The goal of my project was to detect all the possible interactions between the synthesized molecules and tubulin and to evaluate their binding energies, through molecular docking simulations. This procedure will allow, in the future, to produce further chemical-structural information for the design of new selective drugs with a high affinity for this protein. Among the compounds tested, two molecules, named 1g and 1i, showed good antiproliferative activity also acting as phosphodiesterase inhibitors, so we decided to deepen their study. Starting from these two compounds, different new molecules have been synthesized, and their affinity for microtubules has been evaluated. This affinity was further compared with that of a well-known antimitotic, vinblastine. This methodological approach involved the selection of the three-dimensional atomic coordinates of tubulin in complex with colchicine and vinblastine, within the Protein Data Bank. These coordinates were used as a target for all simulations conducted. The software Autodock 4.2.2. was used. In addition, in vitro cell proliferation (MTT) assays were performed. This biological test provided results consistent with my simulations. In detail, three new imidazo-pyrazole derivatives showed promising activities against different tumor cell lines. In conclusion, the atomic charac